[发明专利]用于在停机之后燃气涡轮机解锁的装置和方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及燃气涡轮机，具体地，本发明涉及航改式燃气涡轮机。更具体地，本发明涉及用于在停机和由于涡轮机内的温差而导致的转子锁定之后解锁燃气涡轮机的装置和方法。

背景技术

航改式燃气涡轮机广泛用作机械驱动应用的动力源，并且用于工业厂房、管路、离岸平台、LNG应用和类似物。

燃气涡轮机可能例如在紧急状况下经受停机，并且在简短的时间段之后重新启动。当涡轮机的转子在停机的情况下静止不动时，可能发生热变形，减小或消除转子和定子部件之间的间隙，由此导致转子和定子部分之间的摩擦或者出现转子锁定现象。由于若干因素，热变形与不均匀温度场相关。由于自然对流现象，而使得当涡轮机静止不动时转子的冷却是不均匀的，转子的上部部分以比下部部分低的速率冷却，因此产生转子弯曲和翘曲变形。定子和转子之间的间隙的减小还可能由于停机期间与二次流分布相关的温度差距而产生。涡轮机不能够重新启动，直到转子已经到达正确的温度场，以及几何形状。在这个方面下，航改式燃气涡轮机的最关键的部分是压缩机级中的叶片末端，在该处定子和转子之间设有有限的间隙。

对于某些类型的燃气涡轮机紧急停机而言，冷却过程需要大量的时间，因此涡轮机和被驱动的载荷可能在这段时间期间不会重新启动。这可能导致显著的经济损失和/或产生技术或管理问题。

已经建议通过在停机时间段期间保持涡轮机转子在慢转动条件下旋转而由此避免转子的不均匀冷却并且防止转子锁定，来解决这个问题。这通常是通过借助于起动电动马达驱动涡轮机转子旋转来实现的。该启动电动马达需要大量电能来提供动力。对于某些特定厂房紧急停机条件而言，不能获得AC电流，从而不可能使用起动马达或任何高能耗设备。

发明内容

为了减少在停机和锁定之后冷却燃气涡轮机所需的停产时间，设置有强制空气流发生器，其生成强制冷却空气流，该强制冷却空气流处于足以在燃气涡轮机处于锁定模式时使冷却空气循环贯穿燃气涡轮机的压力下。强制空气流减少了解锁涡轮机转子所需的时间，从而与不提供强制冷却空气时相比，燃气涡轮机能够在显著短的时间间隔之后重新启动。

美国专利No.4,003,200公开了一种涡轮机系统，其中辅助鼓风机连接到空气供应管线。然而，在这种情况下，鼓风机用来生成空气流，该空气流用来保持涡轮机的转子处于慢速转动条件下。然而，这种现有技术的部分不会处理停机之后解锁燃气涡轮机的问题。

根据一个实施例，提供了一种航改式燃气涡轮机，其包括进气增压室、压缩机、燃烧室、高压涡轮机和动力涡轮机，该压缩机具有与进气增压室流体连通的压缩机进气口。强制空气流发生器有利地布置成与进气增压室流体连通。此外，在燃烧空气流动路径中设置有闸板布置，进入燃气涡轮机的空气通过该燃烧空气流动路径流动。闸板布置被布置和控制成用以闭合燃烧空气流动路径，使得进气增压室借助于强制空气流发生器而被加压到一压力，在航改式燃气涡轮机不旋转时(例如在停机后锁定之后)该压力足以使得加压空气流过所述航改式燃气涡轮机。强制空气流发生器生成的强制冷却空气流从涡轮机去除热，使得导致转子锁定的热不均匀膨胀效应将会在比没有强制冷却的情况短的时间内被中和。

在一些实施例中，在燃烧空气流动路径中设置有消音器布置。在这种情况下，闸板布置可以相对于所述燃烧空气流动路径中的空气流设置在消音器布置的下游。

消音器布置可以包括多个平行布置的消音器面板，以在它们之间限定空气通路，每个空气通路具有排气口孔口。每个排气口孔口处可以布置有枢转闸板，以便选择性地打开和闭合空气通路。枢转闸板可以每个通过独立的致动器进行操作。然而，在优选实施例中，闸板彼此连接，以便由共同打开和闭合致动器同时控制。

每个枢转闸板可以绕相应的枢转轴枢转。枢转轴可以被定位成与相应的消音器面板平行地延伸，并且定位在所述消音器面板的后边缘的下游。后边缘是面板的相对于空气流动方向的最下游边缘。

在一些实施例中，倾斜板布置成与每个枢转轴平行，并且沿着空气流动方向在每个消音器面板下游延伸。当闸板处于打开位置时，倾斜板和闸板可以采取相互定位以使得它们在空气流动方向上彼此会聚，并且可以被设计和布置成用以形成在相应的消音器面板下游延伸的低压降轮廓，该低压降轮廓的横截面沿空气流动方向缩小。